Linux进程调度队列的管理与应用-猿码集

1. Linux进程调度队列的概述

在Linux中，进程调度队列是用来管理系统中运行的进程的数据结构。调度队列以一种有序的方式组织进程，并根据可用的处理器资源进行调度和分配。Linux进程调度器主要使用了两种类型的调度队列，即就绪队列和等待队列。

就绪队列在系统启动时被初始化，每个处理器都有自己的就绪队列。初始情况下，就绪队列是空的。


struct rq{
    ...
    spinlock_t lock;   // 就绪队列的自旋锁
    struct cfs_rq cfs; // CFS调度策略的就绪队列
    struct rt_rq rt;   // 实时调度策略的就绪队列
    ...
};

在就绪队列中，有两个子队列：CFS调度策略的就绪队列和实时调度策略的就绪队列。CFS调度策略是Linux内核中默认使用的调度策略，主要用于普通的用户进程。而实时调度策略则用于实时性要求较高的进程。

当一个进程变为可运行状态时，它会被插入到相应的就绪队列中，等待调度器的调度。调度器会选择优先级最高的进程，并把CPU分配给它，让其执行。

调度器的选择策略是基于进程的优先级和时间片的消耗来决定的。每个进程都有一个优先级值，优先级值越高，被调度的机会就越大。同时，每个进程也会被分配一个时间片，即一段执行时间。当一个进程用完了它的时间片，调度器会将它放入就绪队列的尾部，并选择下一个进程来执行。

为了保持系统的负载均衡，调度器会定期检查各个处理器的就绪队列，并进行进程的迁移。如果一个处理器的就绪队列中的进程数量过多，调度器会把一些进程迁移到其他处理器的就绪队列中，以平衡负载。

这个过程中，调度器会先获取所有就绪队列的锁，然后遍历每个就绪队列，并选择适合迁移的进程进行迁移操作。迁移操作完成后，调度器会释放锁，让各个处理器继续执行。

等待队列是用来管理处于等待状态的进程的数据结构。在Linux中，等待队列是通过一个双向链表来实现的。

每个等待队列都有一个头结点，包含了指向第一个等待进程的指针和指向最后一个等待进程的指针。


struct wait_queue{
    spinlock_t lock;
    struct task_struct *task_list;
};

当一个进程需要等待某个事件发生时，它会进入等待队列，并将自己设置为等待状态。等待状态的进程不会被调度器调度执行，直到等待的事件发生。

当等待的事件发生后，唤醒函数会从等待队列中找到等待这个事件的进程，并将其唤醒。被唤醒的进程会重新插入到就绪队列中，等待下一次调度执行。

通过调整进程的优先级和时间片的分配，可以控制系统的负载。当系统负载较高时，可以降低普通用户进程的优先级，提高系统服务进程的优先级，以确保系统的稳定性。

对于需要实时保证的进程，可以使用实时调度策略，并将其插入到实时调度队列中。实时调度策略会优先选择实时进程执行，并保证实时进程在规定的时间内完成。

总之，Linux进程调度队列的管理与应用是操作系统设计中重要的一部分。通过合理的调度算法和数据结构，可以提高系统的运行效率和稳定性。